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Методические указания по выполнению контрольной работы № 2 по математике для студентов инженерно-технических специальностей заочной формы обучения

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y*

x cos x x2 sin x .

 

 

 

 

 

 

Ɉɛɳɟɟ

ɪɟɲɟɧɢɟ

ɛɭɞɟɬ y

y y C cos x C

2

sin x x cos x x2 sin x .

 

 

 

 

 

 

1

 

 

ɇɚɯɨɞɢɦ

yc

C1 sin x C2 cos x cos x x sin x 2x sin x x2 cos x .

Ɍɚɤ ɤɚɤ

 

c

1, ɬɨ 0

C1, C

C2 1. Ɍɚɤɢɦ ɨɛɪɚɡɨɦ, C1

 

0, C2 0 . ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ

y(0) 0, y (0)

 

ɡɧɚɱɟɧɢɹ

C1

0, C2

0

ɜ

ɨɛɳɟɟ

ɪɟɲɟɧɢɟ, ɩɨɥɭɱɢɦ ɱɚɫɬɧɨɟ

ɪɟɲɟɧɢɟ

y x cos x x2 sin x .

ɉɪɢɦɟɪ 6.4. Ɉɩɪɟɞɟɥɢɬɶ ɜɢɞ ɱɚɫɬɧɨɝɨ ɪɟɲɟɧɢɹ ɥɢɧɟɣɧɨɝɨ ɧɟɨɞɧɨɪɨɞɧɨɝɨ

ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ, ɟɫɥɢ ɢɡɜɟɫɬɧɵ ɤɨɪɧɢ k1

3 2i ,

k2

3 2i ɟɝɨ

ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɢ ɟɝɨ ɩɪɚɜɚɹ ɱɚɫɬɶ

 

 

 

f (x)

e3x (cos 2x sin 2x) .

 

 

 

 

Ɋɟɲɟɧɢɟ. ȼ ɩɪɚɜɨɣ ɱɚɫɬɢ D

3, E 2, Pn ( x) 1, Qm ( x) 1

ɦɧɨɝɨɱɥɟɧɵ

ɧɭɥɟɜɨɣ

ɫɬɟɩɟɧɢ, DrEi 3 r2i

ɹɜɥɹɸɬɫɹ ɤɨɪɧɹɦɢ

ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɨɝɨ

ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ. ɉɨɷɬɨɦɭ ɱɚɫɬɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɛɭɞɟɬ ɢɦɟɬɶ ɜɢɞ

 

 

 

y

xe3x ( Acos 2x Bsin 2x) ,

 

 

 

 

ɝɞɟ A ɢ B – ɧɟɨɩɪɟɞɟɥɟɧɧɵɟ ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɵ.

7. ɋɂɋɌȿɆɕ ȾɂɎɎȿɊȿɇɐɂȺɅɖɇɕɏ ɍɊȺȼɇȿɇɂɃ. ɆȿɌɈȾ ɂɋɄɅɘɑȿɇɂə. ɆȿɌɈȾ ɗɃɅȿɊȺ Ɋȿɒȿɇɂə ɅɂɇȿɃɇɕɏ ɋɂɋɌȿɆ ɋ ɉɈɋɌɈəɇɇɕɆɂ ɄɈɗɎɎɂɐɂȿɇɌȺɆɂ

7.1 ɇɨɪɦɚɥɶɧɚɹ ɫɢɫɬɟɦɚ n–ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɨɛɵɤɧɨɜɟɧɧɵɯ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ

ɇɨɪɦɚɥɶɧɚɹ ɫɢɫɬɟɦɚ n–ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɨɛɵɤɧɨɜɟɧɧɵɯ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ

71

ɩɨɪɹɞɤɚ xcc

 

­ dx1

 

 

f1(t, x1, x2 ,..., xn );

 

 

 

°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°dx

2

 

 

 

 

 

 

°

 

 

 

 

f2 (t, x1, x2 ,..., xn );

 

 

 

 

dt

 

 

 

 

 

®

 

 

 

...

 

 

 

°

 

 

 

 

 

 

 

 

°dx

n

 

 

fn (t, x1, x2 ,..., xn ).

 

 

 

°

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¯ dt

 

 

 

 

 

ɝɞɟ

t

 

ɧɟɡɚɜɢɫɢɦɚɹ ɩɟɪɟɦɟɧɧɚɹ; x1, x2 ,..., xn

ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɵɟ ɮɭɧɤɰɢɢ ɨɬ

t; f1,

f2 ,...,

 

fn

– ɡɚɞɚɧɧɵɟ ɮɭɧɤɰɢɢ.

 

 

 

Ɇɟɬɨɞ

ɢɫɤɥɸɱɟɧɢɹ ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɵɯ ɫɨɫɬɨɢɬ

ɜ

ɬɨɦ, ɱɬɨ ɞɚɧɧɚɹ ɫɢɫɬɟɦɚ

ɩɪɢɜɨɞɢɬɫɹ ɤ ɨɞɧɨɦɭ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɦɭ ɭɪɚɜɧɟɧɢɸ n–ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɫ ɨɞɧɨɣ ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɨɣ ɮɭɧɤɰɢɟɣ (ɢɥɢ ɤ ɧɟɫɤɨɥɶɤɢɦ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹɦ, ɫɭɦɦɚ ɩɨɪɹɞɤɨɜ ɤɨɬɨɪɵɯ ɪɚɜɧɚ n). Ⱦɥɹ ɷɬɨɝɨ ɩɨɫɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɪɭɸɬ ɨɞɧɨ ɢɡ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɢ ɢɫɤɥɸɱɚɸɬ ɜɫɟ ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɵɟ ɮɭɧɤɰɢɢ, ɤɪɨɦɟ ɨɞɧɨɣ.

ɉɪɢɦɟɪ 7.1. ɇɚɣɬɢ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦɵ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ

dx y

,

dy y(x 2 y 1)

 

 

 

 

 

 

dt t

dt

 

t(x 1)

 

 

ɢ ɱɚɫɬɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ, ɭɞɨɜɥɟɬɜɨɪɹɸɳɟɟ ɧɚɱɚɥɶɧɵɦ ɭɫɥɨɜɢɹɦ x(1)

Ɋɟɲɟɧɢɟ. Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɪɭɟɦ ɩɟɪɜɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɩɨ t: xcc

1; y(1) 4 .

yct y . Ɂɚɦɟɧɹɹ t2

ɡɞɟɫɶ yc ɟɟ ɡɧɚɱɟɧɢɟɦ ɢɡ ɜɬɨɪɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɫɢɫɬɟɦɵ ɢ ɩɨɞɫɬɚɜɥɹɹ y xct ,

ɧɚɣɞɟɧɧɨɟ ɢɡ ɩɟɪɜɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ, ɩɨɥɭɱɢɦ ɩɨɫɥɟ ɭɩɪɨɳɟɧɢɹ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɜɬɨɪɨɝɨ

2(xc)2 . x 1

ɂɧɬɟɝɪɢɪɭɟɦ ɷɬɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ, ɩɪɟɞɜɚɪɢɬɟɥɶɧɨ ɩɨɧɢɠɚɹ ɩɨɪɹɞɨɤ:

xc p;

p p(x); xcc

 

dp

 

dp

 

 

2 p

 

 

dp

2dx

 

 

 

 

 

p;

 

 

 

 

 

 

;

 

 

 

;

 

 

 

dx

 

dx

 

 

x 1

 

dx

 

x 1

C1t C2 1

 

p C

(x 1)2 ;

dx

C

(x 1)2

;

1

 

 

C t C

2

; x

.

 

 

 

 

1

 

dt

1

 

 

 

 

 

 

x 1

 

1

 

 

 

C1t C2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

72

Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɪɭɹ ɷɬɭ ɮɭɧɤɰɢɸ ɢ ɩɨɞɫɬɚɜɥɹɹ ɜ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ y xct , ɩɨɥɭɱɢɦ

 

y

 

 

 

C1t

 

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(C t C

2

)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɉɛɳɢɦ ɪɟɲɟɧɢɟɦ ɞɚɧɧɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɛɭɞɟɬ

 

x

 

C1t C2 1

,

y

C1t

 

 

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1t C2

(C t C

2

)2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ⱦɥɹ ɧɚɯɨɠɞɟɧɢɹ ɱɚɫɬɧɨɝɨ ɪɟɲɟɧɢɹ ɩɨɞɫɬɚɜɢɦ ɧɚɱɚɥɶɧɵɟ ɭɫɥɨɜɢɹ

 

x(1)

 

1,

 

 

y(1)

 

4 .

ɉɨɥɭɱɢɦ 1

C1 C2

1

; 4

C1

 

 

, ɨɬɤɭɞɚ

 

 

 

 

 

C C

2

(C C

2

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1

 

 

C

1,

C

2

 

1

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɋɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨ, ɢɫɤɨɦɵɦ ɱɚɫɬɧɵɦ ɪɟɲɟɧɢɟɦ ɫɢɫɬɟɦɵ ɛɭɞɟɬ ɩɚɪɚ ɮɭɧɤɰɢɣ:

 

x

2t 3

,

y

 

4t

.

 

 

 

(2t 12

 

 

 

 

 

2t 1

 

 

 

 

ɉɪɢɦɟɪ 7.2. ɇɚɣɬɢ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦɵ

 

 

 

dx

2 y 5x et ,

 

dy

x 6 y e 2t .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dt

 

dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ɋɟɲɟɧɢɟ.

Ⱦɢɮɮɟɪɟɧɰɢɪɭɟɦ ɩɟɪɜɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ: xcc 2 yc 5xc et . Ɂɚɦɟɧɹɟɦ

yc ɟɟ ɡɧɚɱɟɧɢɟɦ ɢɡ ɜɬɨɪɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ ɢ ɩɨɞɫɬɚɜɥɹɟɦ ɡɚɬɟɦ y

1

(xc 5x et ) .

2

ɉɨɥɭɱɢɦ ɥɢɧɟɣɧɨɟ ɧɟɨɞɧɨɪɨɞɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɜɬɨɪɨɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɫ ɩɨɫɬɨɹɧɧɵɦɢ ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɚɦɢ

xcc 11xc 28x 2e 2t 7et .

 

 

 

ȿɝɨ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x C e 4t C

2

e 7t

 

1

e 2t

7

et

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

2

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(ɩɨɥɭɱɟɧɨ ɤɚɤ

ɫɭɦɦɚ ɨɛɳɟɝɨ

ɪɟɲɟɧɢɹ x C e 4t C

2

e 7t

ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɳɟɝɨ

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

73

ɨɞɧɨɪɨɞɧɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ

ɢ ɱɚɫɬɧɨɝɨ ɪɟɲɟɧɢɹ x*

 

1

e

2t

 

7

e

t

ɧɟɨɞɧɨɪɨɞɧɨɝɨ

5

 

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɉɨɞɫɬɚɜɥɹɹ x ɢ xc

ɜ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ ɞɥɹ y, ɩɨɥɭɱɢɦ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y

1

(xc 5x

e

t

)

1

C1e

4t

C2 e

7t

 

3

e

2t

 

 

1

 

e

t

.

 

 

 

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

10

 

40

 

 

 

 

 

Ɉɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɢɫɯɨɞɧɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

x C e 4t C

2

e 7t

 

1

e 2t

7

et ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

5

 

 

40

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

y12 C1e 4t C2e 7t 103 e 2t 401 et .

7.2.Ʌɢɧɟɣɧɚɹ ɨɞɧɨɪɨɞɧɚɹ ɫɢɫɬɟɦɚ n–ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ

ɫɩɨɫɬɨɹɧɧɵɦɢ ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɚɦɢ

Ʌɢɧɟɣɧɚɹ ɨɞɧɨɪɨɞɧɚɹ ɫɢɫɬɟɦɚ n–ɝɨ ɩɨɪɹɞɤɚ ɫ ɩɨɫɬɨɹɧɧɵɦɢ ɤɨɷɮɮɢɰɢɟɧɬɚɦɢ ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ

­ dx1 ° dt

°°dx2 ®° dt

°°dxn

¯ dt

a11x1

a12 x2 ... a1n xn ;

a21x1

a22 x2

... a2n xn ;

 

...

 

an1x1

an2 x2

... ann xn ,

ɝɞɟ aij const, aij R, xi – ɧɟɢɡɜɟɫɬɧɵɟ ɮɭɧɤɰɢɢ ɨɬ t.

Ⱦɚɧɧɭɸ ɫɢɫɬɟɦɭ ɦɨɠɧɨ ɡɚɩɢɫɚɬɶ ɜ ɦɚɬɪɢɱɧɨɣ ɮɨɪɦɟ

 

dX

AX ,

 

dt

 

 

ɝɞɟ

 

74

 

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a

a

·

 

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a22

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¨x2

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©an1

ann ¹

 

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¹

 

 

§¨ dx1 ·¸ ¨ dt ¸ ¨ dx2 ¸ ¨¨ dt ¸¸. ¨¨©dxdtn ¸¸¹

ɉɪɢ ɪɟɲɟɧɢɢ ɥɢɧɟɣɧɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɦɟɬɨɞɨɦ

ɗɣɥɟɪɚ ɱɚɫɬɧɵɟ ɪɟɲɟɧɢɹ ɫɢɫɬɟɦɵ ɢɳɭɬɫɹ ɜ ɜɢɞɟ

X

Vekt , ɝɞɟ V z 0 – ɦɚɬɪɢɰɚ–

ɫɬɨɥɛɟɰ, k j – ɱɢɫɥɨ.

 

 

 

 

ȿɫɥɢ ɤɨɪɧɢ k1, k2 ,..., kn

ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɨɝɨ

ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ

det(A kE) 0

ɞɟɣɫɬɜɢɬɟɥɶɧɵ ɢ ɪɚɡɥɢɱɧɵ, ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦɵ ɢɦɟɟɬ ɜɢɞ

 

X C V ek1t C V ek2t ... C V eknt ,

 

 

 

1

1

2 2

n n

 

 

 

C1,C2 ,...,Cn

ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɵɟ

ɩɨɫɬɨɹɧɧɵɟ, V j

ɫɨɛɫɬɜɟɧɧɵɣ

ɜɟɤɬɨɪ–ɫɬɨɥɛɟɰ

ɦɚɬɪɢɰɵ A, ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɳɢɣ ɱɢɫɥɭ k, ɬɨ ɟɫɬɶ ( A k j E)V j 0 , ɝɞɟ E – ɟɞɢɧɢɱɧɚɹ ɦɚɬɪɢɰɚ.

Ɂɚɦɟɱɚɧɢɟ. ȿɫɥɢ km ,km – ɩɚɪɚ ɩɪɨɫɬɵɯ ɤɨɦɩɥɟɤɫɧɨ–ɫɨɩɪɹɠɟɧɧɵɯ ɤɨɪɧɟɣ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɨɝɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ, ɬɨ ɢɦ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɬ ɞɜɚ ɞɟɣɫɬɜɢɬɟɥɶɧɵɯ

ɱɚɫɬɧɵɯ ɪɟɲɟɧɢɹ Re(Vmekmt ); Im(Vmekmt ) , ɝɞɟ Re z,

Im z

– ɞɟɣɫɬɜɢɬɟɥɶɧɵɟ ɢ

ɦɧɢɦɵɟ ɱɚɫɬɢ z.

 

 

ɉɪɢɦɟɪ 7.3. ɇɚɣɬɢ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦɵ

 

 

­dx

x 2 y 2z;

 

 

°

 

 

 

 

 

 

 

°dt

 

 

 

°dy

x 4 y 2z;

 

 

®

 

 

 

°dt

 

 

 

°

dz

x 5y 3z,

 

 

°

 

 

 

¯dt

 

 

 

ɢ ɱɚɫɬɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ, ɭɞɨɜɥɟɬɜɨɪɹɸɳɟɟ ɭɫɥɨɜɢɹɦ x(0)

1, y(0)

2 , z(0) 0 .

Ɋɟɲɟɧɢɟ. ɋɨɫɬɚɜɥɹɟɦ ɢ ɪɟɲɚɟɦ ɯɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ

75

 

1 k

 

2

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

(k 2 k 2)(1 k)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

4 k

 

 

2

 

 

0,

 

 

 

0, k

 

 

1,

 

k

2

1,

 

k

3

2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

5

 

 

 

3k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɇɚɯɨɞɢɦ ɫɨɛɫɬɜɟɧɧɵɣ ɜɟɤɬɨɪ V1 , ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɳɢɣ ɤɨɪɧɸ k1

 

1:

 

 

 

 

§v

·

 

§1

 

 

( 1)

 

 

 

2

2

·§v

· §0

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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2v

2

 

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§ 1

 

·

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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®v3

2v1; V1

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Ⱥɧɚɥɨɝɢɱɧɨ ɧɚɯɨɞɢɦ ɫɨɛɫɬɜɟɧɧɵɟ ɜɟɤɬɨɪɵ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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1 ·

 

 

 

 

 

 

 

§

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ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɳɢɟ k2

 

 

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Ɉɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦɵ ɬɚɤɨɜɨ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§

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2

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Ⱦɥɹ

ɧɚɯɨɠɞɟɧɢɹ

ɱɚɫɬɧɨɝɨ

ɪɟɲɟɧɢɹ

 

ɩɨɞɫɬɚɜɢɦ

ɜ ɨɛɳɟɟ

ɪɟɲɟɧɢɟ t 0 ,

x 1, y

2, z

 

 

0ɢ ɨɩɪɟɞɟɥɢɦ C1, C2 , C3 ɢɡ ɩɨɥɭɱɟɧɧɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ:

 

 

 

 

 

 

 

 

76

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C

C

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2;

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3;

® 2 C1 C2 C3

; ®ɋ2

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2C1 C2 C3

°

1.

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¯C3

ɂɫɤɨɦɨɟ ɱɚɫɬɧɨɟ ɪɟɲɟɧɢɟ

x 2e t 3et ; y 2e t 3et e2t ; z 4e t 3et e2t .

 

 

 

 

 

 

 

 

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2x 3y;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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ɉɪɢɦɟɪ 7.4. ɇɚɣɬɢ ɨɛɳɟɟ ɪɟɲɟɧɢɟ ɫɢɫɬɟɦɵ ®dt

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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3x 2 y.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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Ɋɟɲɟɧɢɟ. ɏɚɪɚɤɬɟɪɢɫɬɢɱɟɫɤɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 k

3

 

0; k 2

4k 13

0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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2 k

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ɢɦɟɟɬ ɤɨɪɧɢ k 2 3i, k

 

2 3i .

ɇɚɯɨɞɢɦ

ɫɨɛɫɬɜɟɧɧɵɣ

ɜɟɤɬɨɪ V

§v

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ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɳɢɣ ɤɨɪɧɸ k1 2 3i

ɢɡ ɫɢɫɬɟɦɵ:

­ 3iv1 3v2

0,

ɉɨɥɚɝɚɹ v1

1 ,

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3iv

 

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ɩɨɥɭɱɢɦ v

 

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§

1 ·

 

 

 

 

 

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¸. ɋɨɫɬɚɜɢɦ ɜɵɪɚɠɟɧɢɟ

 

 

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§ 1

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2t

(cos3t i sin 3t)·¸ (sin 3t i cos3t)¸¹.

Ɂɞɟɫɶ

ɢɫɩɨɥɶɡɨɜɚɧɚ

 

ɮɨɪɦɭɥɚ

e(D iE)t

eDt (cos Et isin Et) . ɋɨɝɥɚɫɧɨ

ɡɚɦɟɱɚɧɢɸ, ɞɜɚ ɱɚɫɬɧɵɯ ɪɟɲɟɧɢɹ ɢɫɯɨɞɧɨɣ ɫɢɫɬɟɦɵ ɢɦɟɸɬ ɜɢɞ

Re(V ek1t )

§

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Im(V ek1t )

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sin 3t ¹

Ɉɛɳɢɦ ɪɟɲɟɧɢɟɦ ɫɢɫɬɟɦɵ ɛɭɞɟɬ

77

X

§ x

·

 

C

Re(V ek1t ) C

 

Im(V ek1t )

C

§e2t

cos3t ·

C

 

§

e2t cos3t

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sin 3t ¹

 

 

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sin 3t ¹

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cos3t C2e

2t

sin 3t;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

°x C1e

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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sin 3t C2e

cos3t.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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7.3. Ɂɚɞɚɱɢ ɞɢɧɚɦɢɤɢ, ɩɪɢɜɨɞɹɳɢɟ ɤ ɪɟɲɟɧɢɸ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ

Ʉ ɡɚɞɚɱɟ ɞɢɧɚɦɢɤɢ ɬɨɱɤɢ, ɩɪɢɜɨɞɹɳɟɣ ɤ ɪɟɲɟɧɢɸ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ, ɨɬɧɨɫɹɬɫɹ ɬɟ ɡɚɞɚɱɢ, ɜ ɤɨɬɨɪɵɯ ɨɩɪɟɞɟɥɹɟɬɫɹ ɞɜɢɠɟɧɢɟ ɬɨɱɤɢ ɩɨ ɡɚɞɚɧɧɵɦ ɫɢɥɚɦ. ɋɢɥɵ, ɞɟɣɫɬɜɭɸɳɢɟ ɧɚ ɬɨɱɤɭ, ɦɨɝɭɬ ɛɵɬɶ ɤɚɤ ɩɨɫɬɨɹɧɧɵɦɢ, ɬɚɤ ɢ ɡɚɞɚɧɧɵɦɢ ɮɭɧɤɰɢɹɦɢ ɜɪɟɦɟɧɢ, ɤɨɨɪɞɢɧɚɬ, ɫɤɨɪɨɫɬɢ, ɬɨ ɟɫɬɶ

Fx Fx (t, x, y, z, x, y, z); Fy Fy (t, x, y, z, x, y, z); Fz Fz (t, x, y, z, x, y, z).

Ɋɟɲɟɧɢɟ ɬɚɤɢɯ ɡɚɞɚɱ ɫɜɨɞɢɬɫɹ ɤ ɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɸ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɬɨɱɤɢ: ɜ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɧɨɣ ɮɨɪɦɟ

­

 

Fx ;

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mx

 

Fy ;

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F ,

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ɢɥɢ ɜ ɟɫɬɟɫɬɜɟɧɧɨɣ ɮɨɪɦɟ

­m dv

F ;

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F .

 

°

 

b

 

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ɫɢɫɬɟɦɵ

(7.1)

(7.2)

78

ȼ ɷɬɢɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹɯ ɩɨɞ F ɩɨɧɢɦɚɟɬɫɹ ɪɚɜɧɨɞɟɣɫɬɜɭɸɳɚɹ ɜɫɟɯ ɫɢɥ, ɜ ɬɨɦ ɱɢɫɥɟ ɢ ɪɟɚɤɰɢɣ ɫɜɹɡɟɣ, ɟɫɥɢ ɬɨɱɤɚ ɧɟ ɫɜɨɛɨɞɧɚ. ɉɪɢ ɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɢ ɫɢɫɬɟɦɵ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ (7.1) ɜ ɨɛɳɟɦ ɫɥɭɱɚɟ ɩɨɹɜɥɹɟɬɫɹ ɲɟɫɬɶ ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɵɯ ɩɨɫɬɨɹɧɧɵɯ, ɤɨɬɨɪɵɟ ɨɩɪɟɞɟɥɹɸɬɫɹ ɩɨ ɧɚɱɚɥɶɧɵɦ ɭɫɥɨɜɢɹɦ. ɉɨɞ ɧɚɱɚɥɶɧɵɦɢ ɭɫɥɨɜɢɹɦɢ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɬɨɱɤɢ ɩɨɧɢɦɚɸɬɫɹ ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬ ɢ ɩɪɨɟɤɰɢɣ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɬɨɱɤɢ ɜ ɧɚɱɚɥɶɧɵɣ ɦɨɦɟɧɬ ɞɜɢɠɟɧɢɹ, ɬɨ ɟɫɬɶ ɩɪɢ t 0

x x0 ; vx x0 ; y y0 ; vy y0 ; z z0 ; vz z0.

ȿɫɥɢ ɞɜɢɠɟɧɢɟ ɬɨɱɤɢ ɩɪɨɢɫɯɨɞɢɬ ɧɚ ɩɥɨɫɤɨɫɬɢ, ɬɨ ɱɢɫɥɨ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ (7.1) ɫɨɤɪɚɳɚɟɬɫɹ ɞɨ ɞɜɭɯ, ɚ ɱɢɫɥɨ ɧɚɱɚɥɶɧɵɯ ɭɫɥɨɜɢɣ ɞɨ ɱɟɬɵɪɟɯ. ɉɪɢ ɞɜɢɠɟɧɢɢ ɬɨɱɤɢ ɩɨ ɩɪɹɦɨɣ ɛɭɞɟɦ ɢɦɟɬɶ ɨɞɧɨ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɢ ɞɜɚ ɧɚɱɚɥɶɧɵɯ ɭɫɥɨɜɢɹ.

ɉɪɢ ɪɟɲɟɧɢɢ ɡɚɞɚɱ ɩɨɥɟɡɧɨ ɩɪɢɞɟɪɠɢɜɚɬɶɫɹ ɫɥɟɞɭɸɳɟɣ ɩɨɫɥɟɞɨɜɚɬɟɥɶɧɨɫɬɢ.

1. ɋɨɫɬɚɜɢɬɶ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ ɞɜɢɠɟɧɢɹ.

ɚ) ɜɵɛɪɚɬɶ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɧɵɟ ɨɫɢ, ɩɨɦɟɫɬɢɜ ɢɯ ɧɚɱɚɥɨ ɜ ɧɚɱɚɥɶɧɨɟ ɩɨɥɨɠɟɧɢɟ ɬɨɱɤɢ; ɟɫɥɢ ɞɜɢɠɟɧɢɟ ɬɨɱɤɢ ɹɜɥɹɟɬɫɹ ɩɪɹɦɨɥɢɧɟɣɧɵɦ, ɬɨ ɨɞɧɭ ɢɡ ɤɨɨɪɞɢɧɚɬɧɵɯ ɨɫɟɣ ɫɥɟɞɭɟɬ ɩɪɨɜɨɞɢɬɶ ɜɞɨɥɶ ɥɢɧɢɢ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɬɨɱɤɢ; ɛ) ɢɡɨɛɪɚɡɢɬɶ ɞɜɢɠɭɳɭɸɫɹ ɬɨɱɤɭ ɜ ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɵɣ ɬɟɤɭɳɢɣ ɦɨɦɟɧɬ t ɢ ɩɨɤɚɡɚɬɶ ɧɚ ɪɢɫɭɧɤɟ ɜɫɟ ɞɟɣɫɬɜɭɸɳɢɟ ɧɚ ɧɟɟ ɫɢɥɵ, ɜ ɬɨɦ ɱɢɫɥɟ ɢ ɪɟɚɤɰɢɢ ɫɜɹɡɟɣ, ɩɪɢ ɧɚɥɢɱɢɢ ɫɢɥ, ɡɚɜɢɫɹɳɢɯ ɨɬ ɫɤɨɪɨɫɬɢ, ɜɟɤɬɨɪ ɫɤɨɪɨɫɬɢ ɧɚɩɪɚɜɢɬɶ ɩɪɟɞɩɨɥɨɠɢɬɟɥɶɧɨ ɬɚɤ, ɱɬɨɛɵ ɜɫɟ ɟɝɨ ɩɪɨɟɤɰɢɢ ɧɚ ɜɵɛɪɚɧɧɵɟ ɨɫɢ ɛɵɥɢ ɩɨɥɨɠɢɬɟɥɶɧɵɦɢ; ɜ) ɧɚɣɬɢ ɫɭɦɦɭ ɩɪɨɟɤɰɢɣ ɜɫɟɯ ɫɢɥ ɧɚ ɜɵɛɪɚɧɧɵɟ ɨɫɢ ɢ ɩɨɞɫɬɚɜɢɬɶ ɷɬɭ ɫɭɦɦɭ ɜ ɩɪɚɜɵɟ ɱɚɫɬɢ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ

(7.1).

79

2.ɉɪɨɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɬɶ ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɟ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɹ. ɂɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɟ ɩɪɨɢɡɜɨɞɢɬɫɹ ɫɨɨɬɜɟɬɫɬɜɭɸɳɢɦɢ ɦɟɬɨɞɚɦɢ, ɡɚɜɢɫɹɳɢɦɢ ɨɬ ɜɢɞɚ ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ.

3.ɍɫɬɚɧɨɜɢɬɶ ɧɚɱɚɥɶɧɵɟ ɭɫɥɨɜɢɹ ɞɜɢɠɟɧɢɹ ɦɚɬɟɪɢɚɥɶɧɨɣ ɬɨɱɤɢ ɢ ɩɨ ɧɢɦ ɨɩɪɟɞɟɥɢɬɶ ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɵɟ ɩɨɫɬɨɹɧɧɵɟ ɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɹ.

4.ɂɡ ɩɨɥɭɱɟɧɧɵɯ ɜ ɪɟɡɭɥɶɬɚɬɟ ɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɹ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɨɩɪɟɞɟɥɢɬɶ ɢɫɤɨɦɵɟ ɜɟɥɢɱɢɧɵ.

Ɂɚɦɟɱɚɧɢɟ 1. ɉɪɢ ɢɧɬɟɝɪɢɪɨɜɚɧɢɢ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɵɯ ɭɪɚɜɧɟɧɢɣ ɢɧɨɝɞɚ ɰɟɥɟɫɨɨɛɪɚɡɧɨ ɨɩɪɟɞɟɥɢɬɶ ɡɧɚɱɟɧɢɹ ɩɪɨɢɡɜɨɥɶɧɵɯ ɩɨɫɬɨɹɧɧɵɯ ɩɨ ɦɟɪɟ ɢɯ ɩɨɹɜɥɟɧɢɹ.

ɉɪɢɦɟɪ 7.5. Ⱥɜɬɨɦɨɛɢɥɶ, ɦɚɫɫɵ m ɞɜɢɠɟɬɫɹ ɩɪɹɦɨɥɢɧɟɣɧɨ ɢɡ ɫɨɫɬɨɹɧɢɹ ɩɨɤɨɹ ɢ ɢɦɟɟɬ ɞɜɢɝɚɬɟɥɶ, ɤɨɬɨɪɵɣ ɪɚɡɜɢɜɚɟɬ ɩɨɫɬɨɹɧɧɭɸ ɬɹɝɭ F, ɧɚɩɪɚɜɥɟɧɧɭɸ ɜ ɫɬɨɪɨɧɭ ɞɜɢɠɟɧɢɹ, ɞɨ ɩɨɥɧɨɝɨ ɫɝɨɪɚɧɢɹ ɝɨɪɸɱɟɝɨ ɜ ɦɨɦɟɧɬ ɜɪɟɦɟɧɢ Ɍ, ɩɨɫɥɟ ɱɟɝɨ ɚɜɬɨɦɨɛɢɥɶ ɞɜɢɠɟɬɫɹ ɩɨ ɢɧɟɪɰɢɢ ɞɨ ɨɫɬɚɧɨɜɤɢ. ɇɚɣɬɢ ɩɪɨɣɞɟɧɧɵɣ ɩɭɬɶ. ɋɢɥɭ ɫɨɩɪɨɬɢɜɥɟɧɢɹ ɫɱɢɬɚɬɶ ɩɨɫɬɨɹɧɧɨɣ ɢ ɪɚɜɧɨɣ R. ɂɡɦɟɧɟɧɢɟɦ ɦɚɫɫɵ ɚɜɬɨɦɨɛɢɥɹ ɩɪɟɧɟɛɪɟɱɶ.

 

 

Ɋɟɲɟɧɢɟ. ȼɟɫɶ ɩɭɬɶ S ɫɤɥɚɞɵɜɚɟɬɫɹ ɢɡ S1 |

AC |, ɧɚ ɤɨɬɨɪɨɦ ɞɟɣɫɬɜɭɟɬ ɫɢɥɚ

F ɞɨ ɩɨɥɧɨɝɨ ɫɝɨɪɚɧɢɹ ɝɨɪɸɱɟɝɨ ɢ S2

| CB |,

ɤɨɬɨɪɵɣ

ɚɜɬɨɦɨɛɢɥɶ ɢɞɟɬ

ɩɨ

ɢɧɟɪɰɢɢ. ɇɚ ɩɭɬɢ Ⱥɋ:

mx

F R ;

 

 

 

 

(7.3)

 

ɧɚ ɩɭɬɢ

ɋȼ:

mx

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(7.4)

 

 

R .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

³mdx

³(F R)dt ;

 

 

 

Ɋɟɲɢɦ ɞɢɮɮɟɪɟɧɰɢɚɥɶɧɨɟ ɭɪɚɜɧɟɧɢɟ (7.3):

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

mx

 

(F R)t C1 ; ɩɪɢ t

0 ɛɭɞɟɬ x

0 , ɨɬɤɭɞɚ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C1

 

0 mx

(F R)t .

 

 

 

 

 

 

(7.5)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(F R)t2

 

 

 

 

 

 

ɂɧɬɟɝɪɢɪɭɹ,

ɩɨɥɭɱɢɦ

mx

 

 

C2 ;

ɩɪɢ

t

0 ɛɭɞɟɬ x 0 , ɨɬɤɭɞɚ

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0 ;

x

 

(F R)t2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

C

2

 

 

 

 

.

Ɉɩɪɟɞɟɥɢɦ ɩɭɬɶ

S , ɤɨɬɨɪɵɣ

ɩɪɨɣɞɟɬ ɚɜɬɨɦɨɛɢɥɶ

ɞɨ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2m

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80

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